Петрография магматических и метаморфических пород Лекция 1

Петрография магматических и
метаморфических пород
Лекция 1
1
Учебник.
П.Ф. Емельяненко, Е.Б. Яковлева. Петрография
магматических и метаморфических пород. Изд-во
Московского Университета. 1985
2
Петрография (син.: петрология) - наука о горных породах, слагающих
Землю и другие железо-каменные объекты Солнечной системы.
Все горные породы представляют собой естественные агрегаты минералов и
делятся на:
магматические, метаморфические, осадочные.
Магматические горные
породы являются
продуктами кристаллизации
магмы, а также отложений
обломочного материала,
выброшенного во время
извержений
Метаморфические горные
породы являются
продуктами твердофазных
преобразований любых
горных пород под
воздействием давления,
температуры и флюидов
Осадочные горные породы –
механическая смесь
минералов, возникающая в
результате разрушения
других пород под действием,
главным образом, экзогенных
факторов. Это – экзогенные
горные породы. Изучением
осадочных пород занимается
литология.
3
Предметом изучения петрографии являются
магматические и метаморфические горные
породы.
Магматические и метаморфические горные
породы образуются в результате действия
эндогенных факторов. Это – эндогенные горные
породы.
Минеральные ассоциации и состав каждого
минерала таких пород закономерны и отражают
геологические и физико-химические условия их
образования. Таким образом,
цель петрографических исследований составляет
анализ парагенезисов минералов.
4
Задачи
#Идентификация и классификация горных пород
#Восстановление генезиса пород и построение гипотез
и теорий глубинных процессов породо- и
магмаобразования.
Изучение состава и строения горных пород проводится
различными методами. Основными являются:
геологический, микроскопический и химический.
5
МАГМАТИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДА
Классы магматических пород.
Все магматические породы делятся на плутонические
(интрузивные) - глубинные и вулканические, образующиеся в
результате излияния магмы на поверхность или при затвердевании
вблизи поверхности. Такой принцип выделения этих двух классов
характеризует глубину и скорость формирования магматической
горной породы.
Нередко в качестве самостоятельного класса выделяются жильные
породы или гипабиссальные магматические породы, занимающие по
условиям залегания и структурам промежуточное положение между
глубинными (плутоническими) и излившимися (вулканическими)
породами.
6
Плутоническая
горная порода
Габбро
Вулканическая
горная порода
Базальт
Photo:
www.swisseduc.ch/
/stromboli/
Photo: J. Alean http://
http://www.swisseduc.ch
stromboli/glossary/
glossary/basaltbasalt-en.html
Полнокристаллическая
магматическая порода,
состоящая из плагиоклаза
и клинопироксена.
Глубинный аналог
базальта.
Магматическая порода,
состоящая из вкрапленников
(плагиоклаз, пироксен,
оливин) и основной массы,
сложенной
микрокристаллами этих же
минералов в стекле.
7
Излившийся аналог габбро
Магма – флюидно-силикатный (редко карбонатный, сульфидный)
расплав. Магма зарождается в верхней мантии или земной коре и
извергается на дневную поверхность или в верхние части земной
коры.
океаническая кора
континентальная кора
8
Основой магматического расплава являются
кремнекислородные тетраэдры с различной степенью
полимиризации. В магматических расплавах удается
идентифицировать реальные химические вещества различной
природы. Среди них имеются ионы металлов (Fe2+, Fe3+,
Mg2+, Na+ и т.д.), а также анионные группы- (ОН)-, (НСО3)-,
и Cl-. Все эти ионы удерживаются в прерывистой несколько
изменчивой связующей массе, образуемой атомами Si, Al, и O,
разнообразно связанными друг с другом наподобие
эмбриональной и несовершенной кристаллической структуры.
Магматические породы возникают в результате
раскристаллизации (затвердевания) магматических
расплавов.
9
Химизм магматических расплавов по аналогии с химическими
анализами магматических пород, обычно выражают посредством
массовых процентов содержания оксидов главных компонентов.
SiO2 – 30-80%
Al2O3 – до 26%
Fe2O3 и FeO – до 15%
MgO – до 35%
CaO – до 15%
Na2O – до 15%
K2O – до 10%
TiO2 – 4-5%
P2O5 – ≤ 1%
H2O – до 7-8%
Кроме того, в состав магм входят многочисленные элементыпримеси (Mn, Ni, Sr, Ba, Rb, U), содержания которых выражаются в
долях на миллион. Эти элементы очень информативны и дают
возможность разделять породы на группы при одинаковых
10
содержаниях главных элементов.
Магма всегда содержит флюиды
Флюидами (от лат. fluidis — текучий) называются
глубинные растворы и газы.
Состав
Н2О и СО2 ‐ наиболее распространенные флюидные
компоненты земной коры и верхней мантии. Могут также присутствовать О2, NO2, N2, СН4, CO, Н2, SO3, NH4, благородные газы и галогены.
Общая закономерность: с глубиной возрастает роль
восстановленных флюидов (СН4, Н2). В глубинных флюидах могут быть
растворены значительные количества
породообразующих компонентов (Si, Al, К, Na, Ca, Mg и др), а также хлориды, сульфаты, карбонаты и фториды. 11
#Основное деление магм (как и пород) происходит по содержанию
SiO2.
#Содержание других главных элементов зависит от содержания
кремнезема.
#Более независимы от содержания SiO2 являются содержания
щелочей.
#Увеличение содержания SiO2 ведет к увеличению вязкости
расплава, так как увеличивается степень полимеризации расплава.
#Чем больше кремнекислоты содержится в магме, тем выше доля
прочных ковалентных (мостиковых) связей между катионами
кремния и анионами кислорода и тем менее подвижен расплав.
#Н2О резко понижает вязкость магматических расплавов. При
накоплении летучих компонентов магма становится подвижной,
12
теряет вязкость.
Процессы мантийно-корового магмообразования. Температуры и
давления образования магматических расплавов.
Первичные источники всех магм, внедрявшихся в земную кору
или изливавшихся на поверхность земли, располагаются в
мантии и, по-видимому, в коре. Магмы формируются на
глубинах от 10-15 до 200-250 км при литостатическом давлении
от 250-500 МПа до 5-8 ГПа. Температура силикатных магм в
момент зарождения варьирует от 500-600С до 1600-1800С в
зависимости от глубины источника и состава расплава.
По геофизическим данным Земля в целом (за исключением
внешнего ядра) твердая. Следовательно, магмы возникают за счет
плавления ранее существовавших пород. Полное плавление таких
пород происходит редко, из-за очень высоких температур их
плавления. Как правило, происходит частичное плавление
твердого вещества земной коры и верхней мантии, то есть при РТ условиях между солидусом и ликвидусом.
Кd = Cxm/ Cxрас Кd>1- когер; Кd<1- некогер
13
Неоднородность мантии по геофизическим
данным
Япония
Таити
озеро Виктория
мантия
14
Сейсмическая томография мантии Земли (Zhao et al., 2013)
Магматическая деятельность в океанских геодинамических
обстановках
15
Магматическая деятельность в континентальных
геодинамических обстановках
16
Магматическая дифференциация или эволюция
магмы. Нельзя говорить, что каждая горная порода
образовалась из своей магмы
Попадая в новые термодинамические условия верхних
частей Земли, так называемая, материнская магма
изменяет свой состав. Этот процесс носит название
магматический дифференциации или эволюции магмы
или магматического фракционирования. При этом
исходная гомогенная масса дает фракции различного
состава – жидкие или кристаллические. Возникает ряд
или серия магматических пород, характеризующихся
систематическим химическим изменением, генетически
связанных процессами дифференциации.
17
Выявление генетического родства пород разных магматических
серий. Диаграммы Харкера.
Петрологи обычно пытаются воспроизвести такие изменения на
вариационных диаграммах. Одной из таких диаграмм является
диаграмма Харкера, в которой различные главные оксиды наносятся
относительно кремнезема в качестве абциссы
Рис.. Вариационная диаграмма Харкера для серии толеитовых лав
Тингмули (Исландия)
18